Integrated sequencing approach to probe rRNA modification landscape during human embryonic stem cell differentiation
यह अध्ययन एकीकृत नैनोपोर डायरेक्ट आरएनए सीक्वेंसिंग और स्नोआरएनए (snoRNA) प्रोफाइलिंग का उपयोग करके यह प्रदर्शित करता है कि मानव भ्रूण स्टेम सेल विभेदन के दौरान rRNA संशोधन स्टोइकीओमेट्री (stoichiometry) गतिशील, साइट-विशिष्ट परिवर्तनों से गुजरती है, जो विभेदक स्नोआरएनए अभिव्यक्ति द्वारा विनियमित राइबोसोम विषमता के एक नए स्तर को प्रकट करती है।
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कोशिका की कल्पना एक हलचल भरे, उच्च-तकनीकी कारखाने के रूप में करें। इस कारखाने के भीतर, लाखों नन्हे मशीनें हैं जिन्हें राइबोसोम कहा जाता है। लंबे समय तक, वैज्ञानिकों ने सोचा कि ये मशीनें सभी एक जैसी थीं, जैसे कि बिल्कुल क्लोन किए गए रोबोटों का एक बेड़ा, जो प्रोटीन बनाने के निर्देशों को पढ़ने का बिल्कुल एक ही काम कर रहे थे। लेकिन हाल ही में, शोधकर्ताओं ने खोजा कि ये मशीनें क्लोन नहीं हैं। वे अनुकूलित कारों के एक बेड़े की तरह अधिक हैं। कुछ के इंजन थोड़े अलग हैं, कुछ पर अनूठी पेंट जॉब है, और कुछ में विशेष संशोधन हैं जो उनके चलने के तरीके को बदल देते हैं। ये "अनुकूलन" राइबोसोम की निर्देश पुस्तिका (आरएनए) में जोड़े गए रासायनिक टैग हैं, जो स्टिकर की तरह काम करते हैं जो मशीन को तेज करने, धीमा करने या विशिष्ट कार्यों को अलग तरह से संभालने के निर्देश देते हैं। यह विचार—कि राइबोसोम स्वयं बदल सकता है ताकि यह नियंत्रित किया जा सके कि प्रोटीन कैसे बनते हैं—जीवन के बारे में हमारी समझ में एक बड़ा बदलाव है। यह सुझाव देता है कि कारखाना केवल आदेशों का पालन नहीं करता है; यह नई स्थितियों के अनुकूल होने के लिए अपने स्वयं के ऑपरेटिंग सिस्टम को फिर से लिख सकता है, जैसे कि जब एक स्टेम सेल एक हृदय कोशिका या मस्तिष्क कोशिका बनने का निर्णय लेता है।
इस अध्ययन में, शेफ़ील्ड विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों की एक टीम ने एक कोशिका के जीवन के एक बहुत ही नाटकीय क्षण के दौरान इन रासायनिक स्टिकरों को करीब से देखने का निर्णय लिया: जब एक मानव भ्रूण स्टेम सेल (एक अत्यंत लचीली कोशिका जो कुछ भी बन सकती है) तीन मुख्य शारीरिक परतों (एक्टोडर्म, मेसोडर्म, या एंडोडर्म) में से एक में विशेषज्ञता हासिल करना शुरू करती है। ऐसा करने के लिए, उन्होंने नैनोपोर सीक्वेंसिंग नामक एक उच्च-तकनीकी उपकरण का उपयोग किया, जो एक सुपर-संवेदनशील सूक्ष्मदर्शी की तरह है जो आरएनए अणुओं को सीधे पढ़ सकता है, और उन्हें पहले रासायनिक रूप से बदले बिना रासायनिक स्टिकरों का पता लगा सकता है।
शोधकर्ताओं ने पाया कि स्टेम कोशिकाओं में इन स्टिकरों के मामले में राइबोसोम आश्चर्यजनक रूप से "अव्यवस्थित" हैं। राइबोसोम की निर्देश पुस्तिका के कई स्थानों पर स्टिकर केवल आधे समय ही होते हैं, जिससे अनुकूलित मशीनों का एक मिश्रित बैग तैयार होता है। जैसे-जैसे स्टेम सेल विभेदन (डिफरेंशिएशन) शुरू करती है, यह मिश्रण बदल जाता है। अध्ययन से पता चला कि राइबोसोम के विशिष्ट स्थानों पर स्टिकर बढ़ते हैं या वे कम हो जाते हैं जैसे ही कोशिका एक नए पथ के प्रति प्रतिबद्ध होती है। यह ऐसा है जैसे फैक्ट्री मैनेजर एक नए उत्पाद लाइन के लिए कारखाने को फिर से सुसज्जित करने के लिए मशीनों पर स्टिकर बदल रहा हो। दिलचस्प बात यह है कि उन्होंने पाया कि इनमें से कुछ परिवर्तनों के लिए, स्टिकर बनाने के निर्देशों (जिन्हें snoRNAs कहा जाता है) की संख्या भी बदल रही थी, जो स्टिकर की आपूर्ति और मशीन के अंतिम रूप के बीच एक सीधा संबंध सुझाती है। हालांकि, कई अन्य स्थानों के लिए, निर्देशों की आपूर्ति स्टिकर में होने वाले परिवर्तनों से मेल नहीं खाती थी, जो संकेत देता है कि कोशिका के पास इन संशोधनों को नियंत्रित करने के अन्य, अधिक जटिल तरीके हैं।
सबसे रोमांचक खोज यह थी कि ये परिवर्तन कहाँ हो रहे थे। वे स्थान जिनमें सबसे अधिक परिवर्तन हुए, वे यादृच्छिक (रैंडम) नहीं थे; वे राइबोसोम के महत्वपूर्ण क्षेत्रों में स्थित थे, जैसे कि "निकास सुरंग" (exit tunnel) जहाँ से नए प्रोटीन मशीन से बाहर निकलते हैं। यह सुझाव देता है कि इन विशिष्ट स्टिकरों को ट्यून करके, कोशिका विकास के महत्वपूर्ण क्षणों के दौरान प्रोटीन के निर्माण को सूक्ष्मता से नियंत्रित कर सकती है। हालांकि यह अध्ययन ठीक से यह साबित नहीं करता है कि यह अंतिम शरीर के अंगों को कैसे बदलता है, लेकिन यह एक विस्तृत मानचित्र प्रदान करता है जो दिखाता है कि राइबोसोम गतिशील, लचीले उपकरण हैं और जैसे-जैसे हम एक एकल कोशिका से एक जटिल मानव के रूप में विकसित होते हैं, उन्हें सटीक रूप से विनियमित किया जाता है। लेखक सुझाव देते हैं कि यह "राइबोसोम विषमता" (ribosome heterogeneity) कोशिका की निर्णय लेने की प्रक्रिया का एक प्रमुख हिस्सा है, जो इसे एक सामान्य अवस्था से एक विशिष्ट अवस्था में बदलने में मदद करती है।
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